在无外界信息输入的条件下，大脑也可产生与先前感知物理环境相似的神经活动，这一现象被称为神经活动的回放（replay）。这种基于经验的回放在学习和记忆巩固中起到关键作用，比如在睡眠或清醒放空状态下，我们的大脑会进入离线模式，重现此前的经历以巩固记忆。这一过程可发生于海马体，也可发生于感知皮层。此前，科学家仅在啮齿动物等非人类动物的感知皮层观察到这一过程。而在最新的一项临床研究中，北京大学、清华大学等院所科研人员首次在人类参与者的大脑视觉皮层中观察到了神经激发序列的重放过程。
近日，北京大学心理与认知科学学院方方课题组与清华大学心理学系陈霓虹课题组在Science China Life Sciences期刊发表了题为Cue-triggered activityreplay in human early visual cortex的研究论文。作者使用立体脑电图（stereo-electroencephalography，sEEG）进行人类视皮层的颅内电极记录。通过网膜拓扑定位程序，研究者先定位出早期视皮层V1-V3内各电极位点的视觉空间感受野。在学习阶段，被试反复观看屏幕上快速移动的光点。在前后测试阶段，在运动轨迹的不同位置短暂呈现光点，记录感受野位于运动轨迹的电极信号，考察光点能否诱发运动序列的重放。
图1 实验刺激与立体颅内脑电记录位点
实验发现，单一位置呈现的光点线索可诱发类似于观看运动光点的神经活动。基于Gamma信号的互相关分析与视觉诱发电位VEP分析均显示，感受野位于运动轨迹下游的电极在后测中具有由线索诱发的神经活动回放。研究者进一步分析了这种学习效应的时间特征，结果显示回放的速度快于光点在物理移动时的速度，表明回放过程中存在时间压缩。此外，该回放效应会随着时间的推移快速衰减。
图2 基于Gamma信号的互相关图显示回放效应
该文章为人类早期视皮层在线索诱发下的时间序列重放效应提供了直接的电生理证据，揭示了短期视觉经验诱发的神经可塑性。方方教授与陈霓虹副教授为论文共同通讯作者。北京大学心理与认知科学学院博士生鲁君实为论文第一作者，博士后罗路、助理研究员王茜（原首都医科大学三博脑科医院临床神经心理科主任）参与本项工作。该工作得到国家自然科学基金委和北京市科学技术委员会的基金支持。
Lu, J., Luo, L., Wang, Q., Fang,F., and Chen, N. (2020). Cue-triggered activity replay in human early visual cortex. Sci China Life Sci 63, https://doi.org/10.1007/s11427-020-1726-5
本报道原载于公众号：中国科学生命科学，链接：https://mp.weixin.qq.com/s/5DLeWFgHcjEbWVYt7mLK5g